一种不可收缩的聚丙烯酸薄膜的制备方法与流程

本发明属于薄膜，涉及一种不可收缩的聚丙烯酸薄膜的制备方法。

背景技术：

1、近年来，随着薄膜工业技术的快速发展，薄膜成形及加工技术逐渐成熟，目前生产的大部分薄膜已经满足了人们的基本使用要求，但面对日趋增加的市场需求，对薄膜进行结构优化、性能提升是非常必要的。

2、传统的聚丙烯酸薄膜普遍存在尺寸收缩较大的问题，尺寸收缩较大会导致薄膜材料比表面积大幅度降低、机械性能变差、耐水性不足、铁离子负载和固定能力较低。

3、为了解决上述问题，cn109504012a提供一种氧化石墨烯-聚丙烯酸仿贝壳珍珠母层状复合薄膜的制备方法，制得的氧化石墨烯-聚丙烯酸仿贝壳珍珠母层状复合薄膜具有较强的机械性能和较好的结构稳定性，但由于聚丙烯酸的无规取向导致膜材料的层状取向较弱，层状结构不稳定，所制备膜材料的收缩率无法得到大幅度降低，且制备过程繁琐，故无法制备出不可收缩的聚丙烯酸薄膜。

4、因此，研究一种不可收缩的聚丙烯酸薄膜的制备方法，以解决上述问题，具有十分重要的意义。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决现有技术中存在的问题，提供一种不可收缩的聚丙烯酸薄膜的制备方法。

2、为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种不可收缩的聚丙烯酸薄膜的制备方法，利用制膜器将制膜溶液挤压成膜后，在凝固浴中浸泡处理，然后将薄膜取出，依次进行拉伸和热定型，制得一次拉伸薄膜，最后将一次拉伸薄膜在凝固浴中浸泡处理后取出，再依次进行拉伸和热定型，制得不可收缩的聚丙烯酸薄膜；

4、所述制膜溶液由聚丙烯酸、甲酰胺、水和氧化石墨烯组成，且氧化石墨烯的添加量为聚丙烯酸的0.25~2.0wt%；

5、所述聚丙烯酸为马来酸酐与丙烯酸的共聚物；

6、所述凝固浴中含有fe2+和fe3+；凝固浴中的铁离子为混合价态时，由于fe2+和fe3+的自旋状态不同，有效离子半径大小为fe2+>fe3+，因此，铁离子与羧基之间的键强大小为fe3+>fe2+，在此情况下，fe2+和fe3+分别会与聚丙烯酸大分子链形成疏松易变和致密稳定的配位交联网络，而混合价态铁离子与聚丙烯酸大分子链则形成适中有序的配位交联网络，相对于单价态铁离子配位的聚丙烯酸纤维，混合价态铁离子配位的聚丙烯酸纤维可承受更高倍拉伸和更高温度的热定型；

7、所述不可收缩的聚丙烯酸薄膜浸泡在25℃水中10min的收缩率为0。

8、作为优选的技术方案：

9、如上所述的一种不可收缩的聚丙烯酸薄膜的制备方法，所述不可收缩的聚丙烯酸薄膜的比表面积为51.49×10-3~69.87×10-3m2/mg，浸泡在85℃水中4h后的溶解率为21.48~27.68%，催化活性为3~7min，铁离子负载率为8.47~11.29%，铁离子浸出率为13.67~69.78%。

10、如上所述的一种不可收缩的聚丙烯酸薄膜的制备方法，所述制膜溶液中聚丙烯酸、甲酰胺和水的质量比为3.0:2.7~10.8:16.2~24.3。

11、如上所述的一种不可收缩的聚丙烯酸薄膜的制备方法，所述聚丙烯酸是由质量比为95:5的丙烯酸和马来酸酐在过氧化苯甲酰的作用下通过自由基聚合反应得到，聚合时间为2.5h，聚合温度为85℃，聚合时的搅拌速度为180r/min。

12、如上所述的一种不可收缩的聚丙烯酸薄膜的制备方法，所述凝固浴为质量比30:100:4.12~5.49:10.10~11.78的浓硫酸、水、氯化铁和氯化亚铁的共混物。

13、如上所述的一种不可收缩的聚丙烯酸薄膜的制备方法，第一次在凝固浴中浸泡处理的时间为4h，第一次拉伸的倍数为16~20倍（第一次拉伸在室温下进行），第一次热定型的条件为：在60~140℃温度条件下定型0.5~12h。

14、如上所述的一种不可收缩的聚丙烯酸薄膜的制备方法，第二次在凝固浴中浸泡处理的时间为4h，第二次拉伸的倍数为1.4~1.5（第二次拉伸在室温下进行），第二次热定型的条件为：在60~140℃温度条件下定型0.5~12h。

15、发明原理：

16、本发明中，通过聚丙烯酸、氧化石墨烯和铁离子配合，再通过两次拉伸，从而制得不可收缩的聚丙烯酸薄膜；

17、其中，氧化石墨烯上的羟基、羧基与铁离子之间形成少量配位交联网络结构，即形成氧化石墨烯与铁离子之间的相互作用力，用于辅助稳定薄膜的结构；氧化石墨烯上的羟基、羧基与聚丙烯酸大分子链之间形成大量氢键，即形成稳定的氧化石墨烯片与聚丙烯酸之间的相互作用力，用于固定薄膜的结构尺寸；铁离子与聚丙烯酸大分子链之间形成配位键，即形成聚丙烯酸大分子链与铁离子之间的相互作用力，用于稳定薄膜的基本结构形态。这三种不同的相互作用力的存在有效地控制了聚丙烯酸大分子链的运动与变化，稳定聚丙烯酸薄膜的内部结构。

18、而二次拉伸将多层氧化石墨烯片剥离成单层氧化石墨烯片，分散分布的单层氧化石墨烯片与完全伸展的聚丙烯酸大分子链间的氢键作用可更有效固定薄膜的结构尺寸，这为薄膜的不可收缩性起到关键作用。

19、本发明所制备薄膜具有不可收缩性；其中，氧化石墨烯与聚丙烯酸大分子链之间形成大量氢键网络结构、铁离子与氧化石墨烯、聚丙烯酸大分子链之间形成配位键均可固定薄膜的结构，使其耐水性好。氧化石墨烯的多孔结构赋予薄膜大比表面积，且不可收缩性使得比表面积不会减少，不可收缩性和多孔结构可使薄膜裸露更多的羧基配位、负载和固定大量的铁离子，使得制备的薄膜的铁离子负载率更高和铁离子浸出率低，而铁离子的大量稳定存在可使其催化活性好。

20、有益效果：

21、本发明的一种不可收缩的聚丙烯酸薄膜的制备方法，在制膜溶液中引入甲酰胺和在凝固浴中引入多价态铁离子，多价态铁离子同时作为交联剂和催化反应的活性组分，在此基础上，再引入少量氧化石墨烯作为改性材料，结合两次拉伸工艺和热定型过程，促进不可收缩薄膜的成形与稳定，并解决了聚丙烯酸薄膜尺寸收缩、力学性能差、铁离子负载和固定能力低等问题。

技术特征：

1.一种不可收缩的聚丙烯酸薄膜的制备方法，其特征在于：利用制膜器将制膜溶液挤压成膜后，在凝固浴中浸泡处理，然后将薄膜取出，依次进行拉伸和热定型，制得一次拉伸薄膜，最后将一次拉伸薄膜在凝固浴中浸泡处理后取出，再依次进行拉伸和热定型，制得不可收缩的聚丙烯酸薄膜；

2.根据权利要求1所述的一种不可收缩的聚丙烯酸薄膜的制备方法，其特征在于，所述不可收缩的聚丙烯酸薄膜的比表面积为51.49×10-3~69.87×10-3m2/mg，浸泡在85℃水中4h后的溶解率为21.48~27.68%，催化活性为3~7min，铁离子负载率为8.47~11.29%，铁离子浸出率为13.67~69.78%。

3.根据权利要求1所述的一种不可收缩的聚丙烯酸薄膜的制备方法，其特征在于，所述制膜溶液中聚丙烯酸、甲酰胺和水的质量比为3.0:2.7~10.8:16.2~24.3。

4.根据权利要求1所述的一种不可收缩的聚丙烯酸薄膜的制备方法，其特征在于，所述聚丙烯酸是由质量比为95:5的丙烯酸和马来酸酐在过氧化苯甲酰的作用下通过自由基聚合反应得到，聚合时间为2.5h，聚合温度为85℃，聚合时的搅拌速度为180r/min。

5.根据权利要求1所述的一种不可收缩的聚丙烯酸薄膜的制备方法，其特征在于，所述凝固浴为质量比30:100:4.12~5.49:10.10~11.78的浓硫酸、水、氯化铁和氯化亚铁的共混物。

6.根据权利要求1所述的一种不可收缩的聚丙烯酸薄膜的制备方法，其特征在于，第一次在凝固浴中浸泡处理的时间为4h，第一次拉伸的倍数为16~20倍，第一次热定型的条件为：在60~140℃温度条件下定型0.5~12h。

7.根据权利要求6所述的一种不可收缩的聚丙烯酸薄膜的制备方法，其特征在于，第二次在凝固浴中浸泡处理的时间为4h，第二次拉伸的倍数为1.4~1.5倍，第二次热定型的条件为：在60~140℃温度条件下定型0.5~12h。

技术总结本发明涉及一种不可收缩的聚丙烯酸薄膜的制备方法，属于薄膜技术领域，利用制膜器将制膜溶液挤压成膜后，在凝固浴中浸泡处理，然后将薄膜取出，依次进行拉伸和热定型，制得一次拉伸薄膜，最后将一次拉伸薄膜在凝固浴中浸泡处理后取出，再依次进行拉伸和热定型，制得不可收缩的聚丙烯酸薄膜；制膜溶液由聚丙烯酸、甲酰胺、水和氧化石墨烯组成，且氧化石墨烯的添加量为聚丙烯酸的0.25~2.0wt%；聚丙烯酸为马来酸酐与丙烯酸的共聚物；凝固浴中含有Fe2+和Fe3+；不可收缩的聚丙烯酸薄膜浸泡在25℃水中10min的收缩率为0。本发明方法制得的聚丙烯酸薄膜不可收缩，且比表面积大，耐水性、催化活性、铁离子负载和固定能力优异。技术研发人员：王敬宏,康爱旗,接道良,左黎明受保护的技术使用者：江苏康辉新材料科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/30